La capitalisation sur pied et la substitution d'essences sont deux stratégies sylvicoles analysées dans cette thèse, chacune pressentie pour être favorable au stockage du carbone, enjeu majeur de ce XXIème siècle pour la lutte contre le réchauffement climatique. La première correspond à un ralentissement des récoltes, qui devrait générer un puits de carbone additionnel par l'augmentation des stocks moyens de biomasse sur pied. La substitution d'essences à croissance lente comme le Chêne sessile ou le Hêtre par des essences résineuses à croissance rapide comme le Pin laricio ou le Douglas pourrait entraîner une absorption plus rapide du CO2. L'impact sur le carbone de ces deux stratégies est d'autant plus intéressant à étudier que les gestionnaires forestiers les pratiquent déjà. La construction d'une chaîne de modèles prenant en compte l'ensemble des compartiments dans lesquels le carbone est impliqué, à savoir la biomasse forestière, le sol, mais aussi les produits forestiers issus de l'exploitation, permet d'effectuer des simulations donnant des résultats quantitatifs sur ces pratiques. Nous montrons qu'une capitalisation sur pied engendrerait un puits de carbone additionnel dépendant de l'état initial des peuplements, de la fertilité et de la nouvelle sylviculture pratiquée. Il pourrait s'élever jusqu'à 142 tC/ha après obtention du régime permanent dans le cas le plus favorable. La substitution de feuillus à croissance lente par des résineux à croissance rapide serait également un puits de carbone important (jusqu'à 2 tC/ha/an) pendant plusieurs décennies, mais s'avérerait d'un stock de carbone moyen inférieur sur le long terme.

Les aérosols perturbent l'équilibre radiatif de la Terre via leurs effets directs (diffusion et absorption du rayonnement solaire) et indirects (interaction avec les nuages). La perturbation anthropique sur le climat liée aux émissions d'aérosols est du même ordre de grandeur que celle liée aux gaz à effet de serre, mais bien moins connue. Pour améliorer notre connaissance de cette perturbation, il est nécessaire de mieux connaître la distribution spatio-temporelle des aérosols. En effet, la description des sources et du transport dans les modèles d'aérosols reste incertaine et l'information fournie par les satellites est incomplète (pas de détection en présence de nuages, pas d'information sur la distribution verticale ou sur la nature chimique). De plus, les campagnes de mesures sont localisées dans l'espace et dans le temps. Mon travail de thèse vise à améliorer la connaissance des distributions d'aérosols via l'assimilation de mesures spatiales dans un modèle de transport. On combine ainsi les informations apportées par la mesure spatiale (épaisseur optique) avec celles du modèle (type de particules attendues, distribution verticale). Dans cette étude, les données de l'instrument spatial POLDER sont assimilées dans le modèle LMDz-INCA. Les résultats montrent tout l'intérêt d'utiliser l'ensemble de l'information disponible. Dans beaucoup de régions, cette méthode a permis d'améliorer notre connaissance des distributions (en termes de réduction des erreurs RMS). Un exemple d'application à l'étude de l'effet indirect des aérosols est montré.

La biomasse est appelée à représenter une part croissante de la consommation mondiale d'énergie primaire et la recherche de l'optimisation de l'usage d'une telle ressource, abondante mais pas pléthorique, s'impose. Cette thèse pose la question de la place, dans cette optimisation, des biocarburants de deuxième génération, en se focalisant sur la voie thermochimique, et plus particulièrement sur la synthèse de carburants liquides par le procédé Fischer-Tropsch qui permet d'obtenir des hydrocarbures du type naphta, kérosène et gazole. Pour traiter cette question, une démarche d'évaluation est proposée, qui comporte : - une évaluation à l'échelle des procédés, appliquée à une famille comportant au départ une centaine d'options, - une approche systémique pour évaluer l'insertion des procédés dans le système énergétique français futur. La mise en œuvre de cette démarche d'évaluation montre comment : - les procédés thermochimiques de production de biocarburants de deuxième génération permettent d'associer la biomasse et d'autres énergies primaires moins limitées pour maximiser le transfert de carbone renouvelable de la biomasse dans des carburants liquides, mais à des coûts qui restent élevés ; - la réponse à la question de l'optimisation de l'usage de la biomasse et de la place à donner aux biocarburants dépend fortement de l'évolution globale du système énergétique et de la faisabilité du stockage du CO2.

Comme pour tout système complexe, la modélisation de la croissance des plantes peut être considérée à différentes échelles de temps et d'espace. Le modèle GreenLab se place à l'échelle spatiale du phytomère et à l'échelle temporelle du cycle de croissance. Si ces échelles sont pertinentes pour des plantes agronomiques, un tel niveau de description est difficile à atteindre en pratique pour des plantes branchées à structures complexes comme les arbres. La thèse propose donc une réflexion sur le problème de l'ajustement du modèle GreenLab et son analyse multi-échelle selon différents niveaux de simplification envisageables.<br /><br />Nous avons tout d'abord identifié les conditions sous lesquelles, dans la formulation actuelle du modèle, la production photosynthétique et l'allocation de biomasse dans la plante sont indépendantes de son architecture. Nous avons établi qu'en revanche cette interaction est forte pour certains processus comme la croissance radiale. Deux types de démarches ont été abordées pour répondre au problème soulevé: (1) le développement de modèles simplifiés, avec différents niveaux d'agrégation des variables et (2) l'ajustement du modèle complet sur des cibles simplifiées. Nous avons envisagé trois niveaux de simplification du modèle selon des critères basés sur les applications visées, la faisabilité du protocole expérimental associé et le type de données classiquement collectées pour les modèles forestiers. Pour chacun de ces trois niveaux, nous avons mené une étude théorique pour relier les paramètres du modèle complet à ceux des différents modèles simplifiés de manière à avoir conservation de certaines variables-clés du modèle (notamment le rapport de la production de biomasse sur la demande de la plante). Sur cette base, nous proposons des équations simplifiées régissant le comportement de la plante à l'aide de variables agrégées. <br /><br />En pratique, nous avons cependant souvent accès à certaines informations sur l'architecture de la plante, même si elles ne sont pas du niveau de détail des données issues de la simulation : ces informations peuvent provenir d'échantillonnages ou bien d'analyses botaniques préliminaires. En conséquence, nous avons étudié les méthodes permettant l'ajustement non seulement des paramètres fonctionnels de la plante mais également des paramètres contrôlant son développement topologique. Différentes méthodes sont proposées selon la version du modèle (déterministe, stochastique ou déterministe avec rétro-action de l'état trophique de la plante sur son développement) et selon la nature des données disponibles. Les applications de la thèse concernent principalement les arbres mais se sont également diversifiées à plusieurs types de plantes branchées.

Ces dernières années, nous assistons à une prise de conscience généralisée de l'importance des impacts de notre mode de vie sur l'environnement, particulièrement en ce qui concerne le réchauffement global. L'objectif des politiques environnementales actuelles est le passage à des productions et des consommations durables qui passent par l'amélioration des performances énergétiques et environnementales des processus de production. De manière à réaliser cet objectif, la méthode de l'analyse du cycle de vie constitue à l'heure actuelle la méthode d'évaluation environnementale la plus largement utilisée. Cette méthode est ici appliquée dans le cadre de la production d'énergie renouvelable (électricité, chaleur, énergie motrice d'un véhicule) à partir de la biomasse d'origine agricole et forestière. Trois filières sont envisagées: la biométhanisation par fermentation d'effluents d'élevage et de cultures énergétiques, le bois énergie, et les biocarburants liquides purs et en mélange (5 % en volume) avec des carburants classiques (huile de colza, ester méthylique d'huile de colza, éthanol, éthyl tertio butyl éther). Il est prouvé que les énergies renouvelables participent à la réduction des impacts sur le réchauffement global et sur la diminution des ressources fossiles. Le présent travail apporte des éléments originaux sur plusieurs points. Outre ces deux aspects et au travers de trois méthodes d'analyse (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATEUR 99 et IMPACT 2002+), d'autres catégories d'impact sont analysées de manière à fournir une information la plus complète possible sur la charge environnementale des filières étudiées. Les productions d'énergie des différentes filières considérées sont comparées avec des filières classiques utilisant des ressources fossiles pour un ensemble de charges environnementales en concordance avec la méthodologie de l'analyse du cycle de vie. Les méthodes d'analyse d'impact évoquées ci-dessus sont introduites successivement pour les comparaisons de chacune des filières avec les filières classiques. Afin de vérifier si le résultat environnemental obtenu est robuste à la méthode d'analyse d'impact, les trois filières utilisant la biomasse sont comparées entre elles avec les trois méthodes d'analyse d'impact. Compte tenu des résultats d'analyse d'impact, nous analysons si l'incertitude globale sur le résultat permet de considérer que les productions énergétiques comparées sont significativement différentes d'un point de vue environnemental. Les résultats montrent de manière générale, que les filières biométhanisation, bois énergie et biocarburants sont plus intéressantes que les filières classiques d'un point de vue environnemental global. L'application des trois méthodes d'analyse d'impact a permis de montrer que le choix d'une méthode n'est pas anodin et que les résultats peuvent être sensiblement différents en utilisant l'une ou l'autre des méthodes. La comparaison entre elles des trois filières montre que, pour des valorisations énergétiques analogues (production de chaleur en chaudière par exemple), la production énergétique par la filière biométhanisation est plus intéressante que la valorisation de l'huile (scores environnementaux de la production de chaleur en chaudière par la méthode IMPACT 2002+: 4,15.10-6 pt pour la chaudière au biogaz et 8,55.10-6 pt pour la chaudière fonctionnant à l'huile de colza). Le niveau de classement de la production énergétique de bois va dépendre des hypothèses retenues sur la gestion des cendres et sur le contrôle ou non des émissions. Les résultats d'analyses d'incertitude réalisées systématiquement montrent que l'incertitude globale est dans certains cas importante et ne permet pas de différencier de manière significative les systèmes de produits. Les différentes informations présentées dans cette étude constituent cependant autant d'éléments d'analyse objectifs dans le cadre d'un processus de décision qui concernerait le développement futur des filières étudiées./ Last few years, we attend a generalized awakening of our way of life influence to environmental impacts, particularly with regard to the global warming. The goal of the current environmental policies is the conversion to sustainable consumption and productions, making necessary the improvement of energy and environmental performance. To carry out this goal, the life cycle assessment is at present, the most largely used environmental assessment method. This method is applied in this study within the framework of the renewable energy (electricity, heat, mechanical energy in a vehicule) production from agricultural and wood biomass. Three reactor systems are considered: The co-fermentation of breeding effluents and energy crops, the wood fuels, the neat and blended (5 % volume) biofuels with fossil fuels. The biofuels considered are: rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, ethanol from wheat and sugar beet and ETBE (ethyl tertio butyl ether). It is proven that renewable energies take part in the global warming mitigation and in the reduction of the fossil resources depletion. The present work brings original elements on several points. In addition to these two impact categories and through three assessment methods (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATOR 99 and IMPACT 2002+) we approach other impact categories in order to provide the most complete information on the environmental load of the studied reactor systems. The energy productions of the various reactor systems considered are compared with conventional reactor systems using fossil fuels for a whole of environmental loads, in agreement with the life cycle assessment methodology. The impact assessment methods cited above are introduced successively for each reactor system comparison with the traditional ones. In order to check if the environmental result obtained is robust with the impact assessment method, the three reactor systems using biomass are compared between each other with the three impact assessment methods and the results are analyzed. Taking into account the impact assessment results, we analyze if the global uncertainty on the result makes it possible to consider that the compared energy productions are significantly different from an environmental point of view. The impact assessment results show in a general way, that the reactor systems considered are more interesting from a global environmental point of view than the traditional ones. The application of the three impact assessment methods shows that it does matter which method one choose and that the results can be sensitive to the method used. The three reactor systems comparison shows that for similar energy development (heat production in a boiler for example), the energy production by using biogas from fermentation is more interesting than the energy production from rapeseed oil (IMPACT 2002+ scores for boiler heat production: 4,15.10-6 pt for the biogas boiler and 8,55.10-6 pt for the rapeseed oil boiler). The classification of wood energy production will depend on the assumptions retained on ashes management and on the emissions control. The results of uncertainty analysis carried out systematically show that the global uncertainty is in some cases important and does not allow to differentiate significantly the compared product systems. The various information highlighted in this study however constitutes as many objective elements of analysis within the framework of a decision-making process which would relate to the future development of the studied reactor systems.

L'explosion en enceinte fermée de suspensions de particules issues de la biomasse végétale (amidon, cellulose et particules ligno-cellulosiques) a été étudiée en vue de leur utilisation dans des systèmes propulsifs. Les performances susceptibles d'être obtenues avec ces particules ont été évaluées à l'aide d'un code thermochimique. Les pressions théoriques de combustion isochore des mélanges cellulose/air sont supérieures à celles des mélanges classiques hydrocarbure/air. Des expériences ont été effectuées dans une chambre cylindrique de volume 20l et de rapport d'allongement L/D = 2,2. Les pressions maximales d'explosion mesurées présentent un déficit de 30% par rapport aux pressions théoriques. Elles dépendent de la nature et de la concentration des particules et de l'état initial de la suspension. Il reste une proportion significative de particules imbrûlées dans la chambre pour les mélanges riches. Une étude spécifique du processus de génération de la suspension a été effectuée sur trois dispositifs : d'une part, par diagnostics optiques (mesure PIV et tomographie laser rapide) et, d'autre part, par des simulations numériques. Pour améliorer les performances, des expériences ont été effectuées dans des mélanges " hybrides " (particules de cellulose/méthane/air) et ont montré qu'à richesse globale équivalente, la pression d'explosion dans les mélanges hybrides est supérieure à celle dans les mélanges méthane/air et particules solides/air seuls et, la qualité d'imbrûlés est fortement diminuée. De plus, il est possible d'enflammer des mélanges méthane/air très pauvres lorsqu'ils sont en mélange avec une suspension de particules solides de concentration adéquate.

The need to reduce humankind reliance on fossil fuels by exploiting sustainably the planet renewable resources is a major driving force determining the focus of modern material research. For this reason great interest is nowadays focused on finding alternatives to fossil fuels derived products/materials. For the short term the most promising substitute is undoubtedly biomass, since it is the only renewable and sustainable alternative to fossil fuels as carbon source. As a consequence efforts, aimed at finding new synthetic approaches to convert biomass and its derivatives into carbon-based materials, are constantly increasing. In this regard, hydrothermal carbonisation (HTC) has shown to be an effective means of conversion of biomass-derived precursors into functional carbon materials. However the attempts to convert raw biomass, in particular lignocellulosic one, directly into such products have certainly been rarer. Unlocking the direct use of these raw materials as carbon precursors would definitely be beneficial in terms of HTC sustainability. For this reason, in this thesis the HTC of carbohydrate and protein-rich biomass was systematically investigated, in order to obtain more insights on the potentials of this thermochemical processing technique in relation to the production of functional carbon materials from crude biomass. First a detailed investigation on the HTC conversion mechanism of lignocellulosic biomass and its single components (i.e. cellulose, lignin) was developed based on a comparison with glucose HTC, which was adopted as a reference model. In the glucose case it was demonstrated that varying the HTC temperature allowed tuning the chemical structure of the synthesised carbon materials from a highly cross-linked furan-based structure (T = 180oC) to a carbon framework composed of polyaromatic arene-like domains. When cellulose or lignocellulosic biomass was used as carbon precursor, the furan rich structure could not be isolated at any of the investigated processing conditions. These evidences were indicative of a different HTC conversion mechanism for cellulose, involving reactions that are commonly observed during pyrolytic processes. The evolution of glucose-derived HTC carbon chemical structure upon pyrolysis was also investigated. These studies revealed that upon heat treatment (Investigated temperatures 350 – 900 oC) the furan-based structure was progressively converted into highly curved aromatic pre-graphenic domains. This thermal degradation process was observed to produce an increasingly more hydrophobic surface and considerable microporosity within the HTC carbon structure. In order to introduce porosity in the HTC carbons derived from lignocellulosic biomass, KOH chemical activation was investigated as an HTC post-synthesis functionalisation step. These studies demonstrated that HTC carbons are excellent precursors for the production of highly microporous activated carbons (ACs) and that the porosity development upon KOH chemical activation is dependent on the chemical structure of the HTC carbon, tuned by employing different HTC temperatures. Preliminary testing of the ACs for CO2 capture or high pressure CH4 storage yielded very promising results, since the measured uptakes of both adsorbates (i.e. CO2 and CH4) were comparable to top-performing and commercially available adsorbents, usually employed for these end-applications. The combined use of HTC and KOH chemical activation was also employed to produce highly microporous N-doped ACs from microalgae. The hydrothermal treatment of the microalgae substrate was observed to cause the depletion of the protein and carbohydrate fractions and the near complete loss (i.e. 90%) of the microalgae N-content, as liquid hydrolysis/degradation products. The obtained carbonaceous product showed a predominantly aliphatic character indicating the presence of alkyl chains presumably derived from the lipid fractions. Addition of glucose to the initial reaction mixture was found out to be extremely beneficial, because it allowed the fixation of a higher N amount, in the algae derived HTC carbons (i.e.  60%), and the attainment of higher product yields (50%). Both positive effects were attributed to Maillard type cascade reactions taking place between the monosaccharides and the microalgae derived liquid hydrolysis/degradation products, which were in this way recovered from the liquid phase. KOH chemical activation of the microalgae/glucose mixture derived HTC carbons produced highly microporous N-doped carbons. Although the activation process led to a major reduction of the N-content, the retained N-amount in the ACs was still considerable. These features render these materials ideal candidates for supercapacitors electrodes, since they provide extremely high surface areas, for the formation of electric double-layer, coupled to abundant heteroatom doping (i.e. N and O) necessary to obtain a pseudocapacitance contribution. / Die Notwendigkeit, die Abhängigkeit der Menschheit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren ist die treibende Kraft hinter aktuellen Forschungsanstrengungen in den Materialwissenschaften. Folglich besteht heutzutage ein erhebliches Interesse daran Alternativen zu Materialien, die aus fossilen Resourcen gewonnen werden, zu finden. Kurzfristig ist zweifellos Biomasse die vielversprechendste Alternative, da sie aus heutiger Sicht die einzige nicht-fossile, nachhaltige und nachwachsende Kohlenstoffquelle ist. Konsequenterweise werden die Antrengungen neue Syntheseansätze zur Konvertierung von Biomasse und ihren Derivaten in kohlenstoffbasierten Materialien forwährend erhöht. In diesem Zusammenhang hat sich die Hydrothermalkarbonisierung (HTC) als sehr vielseitiges Werkzeug zur Konvertierung von Biomasse-basierten Ausgangsstoffen in funktionale Kohlenstoffmaterialien herausgestellt. Dennoch gibt es bisher wenige Ansätze um rohe Biomasse, genauer gesagt Lignicellulose, direkt in funktionale Materialien umzusetzen. Könnte der direkte Einsatz von roher Biomasse Verfahren wie der HTC zugänglich gemacht werden, würde dies die Nachhaltigkeit des Verfahrens immens steigern. Daher wurde in dieser Dissertation die Hydrothermalkarbonisierung von kohlenhydratreicher (d. h. Lignicelluse) und proteinreicher (d. h. Microalgae) Biomasse systematisch analysiert. Diese Untersuchung galt dem Ziel einen besseren Einblick in das Potential dieser thermochemischen Verarbeitungsmethode funktionale Kohlenstoffmaterialien aus unverarbeiteter Biomasse hervorzubringen zu gewinnen. Die hergestellten Materialien wurden mittels chemischer Aktivierung nachträglich weiter behandelt. Dieser zusätzliche Verarbeitungsschritt ermöglichte die Herstellung hochporöser aktiverter Kohlenstoffe (AC). Die aus Lignicellulose gewonnenen ACs zeigten exzellente Eigenschaften bei der Aufnahme von CO2 und der Hochdruckspeicherung von CH4 währen die aus Microalgae gewonnen Eigenschaften an den Tag legten (z. B. hohe Oberfläche und N-Dotierung), welche sie zu vielversprechenden Materialien für Superkondensatoren machen. Die in dieser Dissertation präsentierte Arbeit zeigte außergewöhnliche Fortschritte in Richtung der Anwendung von unbehandelter Biomasse als Ausgangsmaterial für die Produktion von funktionalen Kohlenstoffen.

L'objectif de la présente thèse a été d'étudier les possibilités de valorisation des déchets de biomasse (Penicillium oxalicum var. Armeniaca, Tolypocladium sp.) issus de procédés de fermentation en tant que biosorbants du plomb, du cadmium, du mercure et du chrome hexavalent. Alors que la biomasse de Tolypocladium (biomasse T) a été utilisée en l'état, la biomasse de Penicillium a dû subir un traitement alcalin (biomasse P3). Dans un premier temps, la biosorption a été étudiée à partir de solutions synthétiques monométalliques. Le pH initial optimal pour les espèces cationiques est proche du pH neutre, alors que celui de l'espèce anionique est inférieur à 3 (milieu acide). Le biosorbant P3 a montré des capacités de fixation plus importantes pour tous les métaux étudiés par rapport au biosorbant T. Les capacités maximales de fixation peuvent atteindre, dans des conditions opératoires optimales, 270 mg Hg g-1 biomasse P3 (à pH 5), 160 mg Hg g-1 biomasse T (à pH 7), 70 mg Cr(VI) g-1 biomasse P3 (à pH 3) et 55 mg Cr(VI) g-1 biomasse T (à pH 2). Ces valeurs figurent parmi les valeurs les plus élevées citées dans la littérature. Au contraire pour le plomb et le cadmium les performances sont décevantes. La cinétique de biosorption du mercure et du chrome est du second ordre. L'influence des phénomènes de diffusion sur la vitesse globale du procédé a été largement discutée. Pour les espèces cationiques, le mécanisme de chélation des métaux sur les groupes aminés a été proposé pour la biomasse P3, alors que l'échange d'ions sur les groupes carboxyliques s'est révélé plus probable pour la biomasse T. Pour ce qui concerne les espèces anioniques (ions chromates) la fixation procède par attraction electrostatique sur les groupes aminés protonés. Concernant la biomasse T, le mécanisme combiné d'adsorption/réduction observé pendant les expérimentations en régime statique n'a pas été clarifié. La biosorption à partir de solutions mixtes a été également étudiée. La sélectivité de la biomasse P3 pour le mercure a été confirmée. Aucun mécanisme de compétition n'a été identifié. Le travail expérimental s'est conclu par des expérimentations en régime dynamique (colonne à lit fixé) en utilisant la biomasse de Tolypocladium, immobilisée sur une terre des diatomées. Le procédé est contrôlé par diffusion intraparticulaire. Les courbes de percée dépendent de plusieurs paramètres tels que la concentration initiale et le diamètre des particules.

This study examines the possibility of electricity production through gasification of agricultural residues in Sudan. The study begins in Chapter 1, by providing general contextual analysis of the energy situation (production and consumption patterns) in Sudan with specific focus on electricity. It proceeded to study the potential of Petroleum, Biomass and other renewable sources for electricity production. Dramatic increase in electricity production was found to be essential especially through decentralised power plants as the current electricity production services cover ~ 13 % of the population of Sudan. Biomass potential in Sudan justifies the use of agricultural residues as energy source; its potential was estimated by ~ 350000 TJ/a. Further, the urban centres of arid regions in western Sudan were identified as the target group for this study. In chapter 2, specific investigations for selected study area through field work using statistical tools such as questionnaires, interviews and field observation show that income is highly correlated to electricity consumption. The flat rate system did not result in higher consumption thus the assumption that this consumption will not drastically change in the next 10 years could be accepted. As orientation value for BGPP, 8000 tons of GN.S are available annually, the average electricity consumption is ~ 4 kWh/day/family while acceptable price could be 40 SDD/kWh (0.15 €). In chapter 3, literature review was carried to spot out the comparative merits of the gasification technology and the most optimum gasifying and electricity production system. As a result downdraft gasifier and ICE were suggested as suitable systems. In chapter 4, fuel properties and fuel properties of agricultural residues were studied, different samples were tested and the results were presented. The main conclusions derived were: fuel properties of agricultural residues are modifiable properties, so utlization planning is possible as for any other energy resource. In Sudan, Baggase, Groundnuts shells and Roselle stalks could be considered as possible fuels. The experimental work done in chapter 5 showed that GN.S could be gasified in down draft gasifiers, which are less costly and simpler to operate than circulating systems. Acceptable values of gas thermal properties (c.v.~ 4 MJ/Nm3, 30 % of burnable gases) at fairly continuing processes were obtained. In chapter 6, a concept for biomass power plant was drafted, the main components are: downdraft, air based gasifier connected to ICE, multi-stage gas cleaning system (cyclones, washer and filters) mechanical ash removal and semi closed water cycle. Main operation measures are: electricity is the sole product; working time is 150 day/year between mid Novembermid Mars. Environmental hazards of waste management e.g. flue gas emission and waste water management are the limiting factors. In the last part of chapter 6 an economic analysis was carried out. At a value of 3000 €/kW for the initial system and fuel price of 100000 €/year for ~6 GWh then a price of 0.23 €/kWh and a return period of 24 years could be obtained. The study concludes in chapter 7 that biomass gasification under the local conditions has its comparative merits however a high institutional support is needed at the beginning. / Diese Studie untersucht die Möglichkeit der Elektrizitätsproduktion durch Vergasung von landwirtschaftlichen Abfällen im Sudan. Die Untersuchung beginnt im Kapitel 1 mit der Bereitstellung einer allgemeinen zusammenhängenden Analyse der Energiesituation (Produktions- und Verbrauchsmuster) im Sudan mit dem besonderen Fokus auf Elektrizität, gefolgt von einer Studie des Potentials von Petroleum, Biomasse und anderer erneuerbarer Quellen für die Produktion von Elektrizität. Eine starke Zunahme bei der Elektrizitätsproduktion wurde als nötig bewertet, da dezentrale Kraftwerke, als die gegenwärtigen Elektrizitätsproduktionsbetriebe, nur die Versorgung von 13 % der Bevölkerung im Sudan abdecken. Das geschätzte Potential der landwirtschaftlichen Abfälle liegt bei ca. 350.000 TJ/Jahre damit kommen sie als Energiequelle in Frage. Weiterhin wurden urbane Zentren der ariden Regionen in Westsudan als Zielgruppe für die Untersuchung ausgewählt. In Kapitel 2 werden detaillierte Untersuchungen für das ausgewählte Studiengebiet durch Feldstudien unter Verwendung von statistischen Werkzeugen, wie Fragebögen, Interviews und Felduntersuchungen dargestellt. Das Ergebnis zeigt, dass das Einkommen im höchsten Maße mit dem Elektrizitätsverbrauch korreliert ist. Das Flat rate System hatte keinen höheren Verbrauch zur Folge, folglich kann die Annahme akzeptiert werden, dass sich der Verbrauch in den nächsten 10 Jahren nicht drastisch ändern wird. Als Orientierungswert für Biomasse Kraftwerk: 8.000 t/Jahr Erdnussschalen sind verfügbar. Der durchschnittliche Elektrizitätsverbrauch beträgt ca. 4 kWh/Tag/Familie betrachtet für 10.000 Familien. Im Kapitel 3 wird eine Literaturrecherche für die Vergasungstechnologie durchgeführt, zum Vergleich ihrer Vorteile und zur Auswahl des optimalen Vergasungs- und Gasumwandlungssystems. Als Ergebnis wurden der Festbett-Gleichstrom-Vergaser und gas Motor als passende Systeme vorgeschlagen. In Kapitel 4 werden Brennstoff Eigenschaften von landwirtschaftlichen Abfällen untersucht, verschiedene Proben getestet und die Ergebnisse präsentiert. Die Hauptschlussfolgerung daraus ist: Brennstoff Eigenschaften von landwirtschaftlichen Abfällen sind veränderbare Eigenschaften, welche eine bessere Planung erlauben und somit ihre Verwendung favorisieren. Im Sudan können Bagasse, Erdnussschalen und Rosellenstiele als optimaler Brennstoff gelten. Die experimentelle Arbeit in Kapitel 5 zeigt, dass Erdnussschalen im 75 kW Festbett-Gleichstrom-Systemen vergast werden können, welche weniger kostenintensiv und einfach zu bedienen sind als zirkulierende Systeme. Akzeptable Werte der Gaseigenschaften (c.v. ca. 4 MJ/Nm³, 35 % von brennbaren Gasen) wurden in kontinuierlichen Prozessen erreicht. In Kapitel 6 wurde ein Konzept für Biomassekraftwerke entworfen. Deren Hauptkomponenten sind: Festbett-Gleichstrom-Vergaser in Verbindung mit ICE, mehrstufige Gasreinigungssysteme (Zyklone, Wäscher und Filter), mechanische Aschensysteme und ein teilweise geschlossener Wasserkreislauf. Hauptbetriebsmaßnahmen sind: Elektrizität als das einzige Produkt, die Arbeitszeit beträgt 150 Tage pro Jahr zwischen November und April. Umweltrisiken des Abfallmanagements z.B. Rauchgas und Abwassermanagement sind die limitierenden Faktoren. Im letzten Teil von Kapitel 6 wurde eine ökonomische Analyse durchgeführt. Ein Wert von 3000 €/kW für das Anfangssystem und ein Kraftstoffpreis von 100.000 €/Jahr für 6 GWh dann ein Preis von 0,23 €/kWh und eine Amortisationszeit von 24 Jahren können angenommen werden. Die Studie schlussfolgert, dass die Vergasung unter den Bedingungen des Studiengebietes ihre Vorteile hat, jedoch ist institutionelle Unterstützung am Anfang nötig.

The aim of the present work about experimental and mathematical modelling of moving-bed-gasification was to increase the transparency of the process. At Dresden University of Technology a gasifier with a high number of measuring points was used. Two-dimensional profiles of temperature and gas-concentrations were analysed. Samples of particles taken out of the reactor gave information about drying, pyrolysis and char-reactions. A commercial CFD-software was modified for the special application of fixed-bedgasifiers by subroutines. Comparisons of the results of experiment and simulation showed the constitutive process with its significant reaction-behaviour. By variation of different parameters, important influences were discussed. / Das Ziel der Arbeit war die Erhöhung der Prozeßtransparenz der Festbettvergasung im kleinen Leistungsbereich. Es besteht einerseits eine große Wissenslücke, welche einen durchschlagenden Erfolg für den Brennstoff Holz bisher verhinderte. Andererseits besitzt die Technologie ein energiewirtschaftlich bedeutendes und unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen betriebswirtschaftlich hohes Potential. Ein Modellvergaser war mit umfangreichen Meßmöglichkeiten ausgerüstet. Mittels daran angepaßter Probenahmevorrichtungen konnten in den Untersuchungen auf der Basis von 16 Stützstellen zweidimensionale Profile der Temperatur und der Gaszusammensetzung ermittelt werden. Die Partikelproben aus drei Meßebenen gaben Auskunft über den Trocknungs- und Pyrolysefortschritt sowie über den Koksumsatz. Parallel erfolgte die Erarbeitung einer Mathematischen Modellierung. Hier wurde eine kommerzielle Strömungssimulations-Software mittels Unterprogramme an die Anforderungen der Festbettvergasung angepaßt. Im Vergleich der Ergebnisse aus Experiment und Simulation konnte der Reaktionsablauf dargestellt, sowie Einflüsse verschiedener Parameter auf den Prozeß diskutiert werden.